Шта је теорија струна и како се дефинише?

Евелин Маитее Марин
Индустријски инжењер, магистар физике, и ЕдД

Теорија струна је физички приступ који покушава да помири теорију опште релативности и квантне механике у један модел који садржи и описује све фундаменталне силе природа. У овој теорији, елементарне честице нису тачкасте честице, на шта указује стандардни модел физике, већ представљају "жице" или "филаменте" бесконачно мале димензије који вибрирају у Време простор.

Назив теорије заснива се на претпоставци да су фундаменталне честице једнодимензионални објекти који су подсећају на жице, које осцилују на различитим фреквенцијама, што одређује масу и врсту честице која заступати.

Ова теорија је настала око касних 1960-их и развило је неколико физичара, укључујући Габриеле Венезиано, Иоицхиро Намбу, Леонард Сусскинд, Јохн Х. Шварц и Мајкл Грин, између осталих. Међутим, главне публикације су почели да генеришу Јоел Сцхерк и Јохн Хенри Сцхварз око 1974. Поменути научници су тражили начин да помире теорију опште релативности и квантну механику, а дошао до идеје да су елементарне честице заправо жице које вибрирају у простор-времену, а не честице тачан. Током деценија које су уследиле, теорија струна је била предмет многих контроверзи и дебата у научној заједници.

Основа теорије струна је идеја да су сва материја и фундаменталне силе у универзуму резултат вибрације ових струна.

Карактеристике

Неке од карактеристика и премиса теорије струна укључују:

• Елементарне честице су заправо једнодимензионалне жице које вибрирају у простор-времену.

• Карактеристике ових струна (као што су њихова дужина и напетост) одређују својства честица које генеришу.

• Различити начини осциловања ових струна могли би да објасне постојање свих познатих елементарних честица, укључујући бозоне и фермионе.

• Укључује више ванпросторних димензија, поред четири димензије које доживљавамо у нашој свакодневној стварности.

Ова теорија, или неки научници називају хипотезом, заснива се на математичким моделима који су изузетно сложени и изведени су из квантне механике, опште теорије релативности, диференцијалне геометрије и топологија.

Важно је напоменути да су ови концепти који су повезани са теоријом и даље предмет истраживања и стога је могуће да коришћени математички модели и једначине се модификују како се стварају нова и нова открића истраживања.

Теорија струна не пружа потпуно објашњење порекла универзума, јер се више фокусира на фундаменталну природу стварности и елементарне честице. Међутим, она је у извесној мери компатибилна са теоријом Великог праска, у објашњавању феномена као што је космичка инфлација, која је период убрзаног ширења који се догодио у раним тренуцима универзума и формирања структура великих размера Скала.

Изазови и критике

Теорија струна је током година била предмет многих критичара и клеветника, а неки од аргумената се односе на следеће аспекте:

• Недостатак емпиријских доказа: упркос деценијама истраживања, теорија струна још увек нема довољно емпиријских доказа да потврди своју истинитост.

• математичка сложеност: Ова теорија је изузетно сложена са математичке тачке гледишта, што већини људи отежава разумевање.

• несамерљивост: је неупоредив са стандардном физиком, што значи да се експерименти не могу изводити ради поређења и успостављања односа између две теорије.

• мултиверсес: његово утемељење подразумева постојање више универзума и некима је тешко да прихвате ову идеју.

• Потешкоће у предвиђању: Због своје сложености, теорију струна је тешко користити за прављење тачних предвиђања о видљивим физичким феноменима.

Ово су само неке од критика и недостатака који су упућени теорији струна. Упркос овим изазовима, истраживања у овој области се настављају, а многи научници верују да би то могло да буде кључ за уједињење физике.

Поља примене

Теорија струна се примењује у областима као што су физика високих енергија, космологија и теоријска физика. Такође има импликације на физику честица и квантну гравитацију. Штавише, коришћен је за проучавање физике црних рупа и њихове ентропије.

С једне стране, теорија струна може да реши нека од најосновнијих питања у физици, као што је помирење између опште теорије релативности и квантне механике. Његова филозофија подржава постојање више димензија и паралелних универзума, што је постало једно од најактивнијих области истраживања у теоријској космологији.

С друге стране, хипотеза на којој се заснива овај модел такође је довела до великог броја напретка у физици. изван космологије, као што је, између осталог, теорија кондензоване материје и квантне информације поља.

Космологија је једна од области у којој теорија струна има значајно учешће последњих деценија.